年產4000噸新能源鋰電池負極材料和6000噸廢舊鋰電池資源回收再生建設項目分析方案

年產4000噸新能源鋰電池負極材料和6000噸廢舊鋰電池資源回收再生建設項目分析方案1.1項目基本情況工程基本情況見表3-1。表3-1工程基本情況一覽表項目名稱年產4000噸新能源鋰電池負極材料和6000噸廢舊鋰電池資源回收再生建設項目建設單位某市國能科技有限公司建設性質新建建設地點某市產業(yè)集聚區(qū)工業(yè)大道南側（泰鑫鼎基商砼站西側）生產規(guī)模年產新能源鋰電池負極材料4000噸、年回收再生廢舊鋰電池資源6000噸行業(yè)類別C42廢棄資源綜合利用業(yè)投資總額32000萬元占地面積35096.6m2（52.6畝）勞動定員100人（其中管理人員15人），其中50人在廠區(qū)食宿。工作制度年工作300天，兩班制（工作時間6:00~22:00）投產日期2019年4月1.2項目地理位置及廠區(qū)平面布置1.2.1廠區(qū)地理位置某市國能科技有限公司年產4000噸新能源鋰電池負極材料和6000噸廢舊鋰電池資源回收再生建設項目位于某市產業(yè)集聚區(qū)工業(yè)大道南側、泰鑫鼎基商砼站西側，項目地理位置見附圖1。1.2.2廠區(qū)平面布置①本項目屬于新建項目，占地52.6畝，整個廠區(qū)分為北部辦公區(qū)和南部生產區(qū)；②廠區(qū)內四周有環(huán)形道路，北部臨近工業(yè)大道區(qū)域作為廠區(qū)主出入口，方便車輛、人員順利出入；③生產區(qū)位于廠區(qū)南部，分別為廢舊電池資源再生車間、負極材料生產車間；2座車間獨立作業(yè)，減少了物流周轉環(huán)節(jié)；各主功能單元分區(qū)合理、布置緊湊，防止相互干擾，有益于車間內生產環(huán)境，保證工藝流程順暢簡捷，有利于針對性環(huán)保措施的落實。④根據區(qū)域氣候資料，本區(qū)內常年主導風向為西北風，將生產區(qū)置于廠區(qū)南部，辦公區(qū)處于主導風向的上風向，職工辦公生活環(huán)境處于有利位置。⑤根據周邊敏感點分布情況可知，項目周邊環(huán)境敏感點均較遠（距離最近的敏感點為490m），故周邊環(huán)境對項目平面布局制約較小。廠區(qū)總平面布置合理，詳見附圖3。1.3廢舊電池類型及再利用方案1.1.1廢舊電池來源及類型廢舊電池主要包括2種：一種為經過長時間的使用、故障或者不合格的汽車動力鋰電池包。汽車動力電池包從大的方面說，主要包括外殼（金屬或塑料）、集流體（導電體）、電芯（電源）。另一種為電池制造企業(yè)淘汰的，不滿足進一步加工生產要求的電池芯。來源：①廢舊電池芯主要來源于大型鋰電池企業(yè)生產過程中淘汰下來的不合格品，主要是正負極卷繞工段經檢測發(fā)生短路或繞偏、出現(xiàn)極片脫粉現(xiàn)象、極片有損傷、極耳脫落等。比如比亞迪、中航鋰電、北京國能、中牟國能等國內汽車鋰電池大型企業(yè)。②廢舊鋰電池包主要來源于汽車、電動車等用能工具淘汰下來的動力電池。這部分廢舊電池由專門的分類收集單位妥善分類后，運輸至本項目區(qū)。規(guī)格型號：10Ah（安時）、20Ah、60Ah、100Ah、120Ah。正負極材料：目前動力鋰電的正極材料主流為磷酸鐵鋰（約占廢舊電池量的70%）；呈較強上升趨勢的正極材料為三元材料（鎳鈷錳，約占30%）。本次拆解對象的正極材料為磷酸鐵鋰和三元材料，負極材料為石墨。極耳：正極極耳為鋁箔，負極極耳為銅箔或鎳箔。電池芯集流體電池芯集流體汽車動力鋰電池包外殼鋁正極鋁塑殼銅負極外殼鋁正極鋁塑殼銅負極已經過初步篩選過的電池芯圖2-1進廠的電池外觀表3-2進廠廢舊電池基本情況一覽表廢電池類型產生環(huán)節(jié)廢物類型電池特征進廠規(guī)模t/a預計處理情況來源動力鋰電池汽車、電動車動力電池報廢一般廢物帶電，含電解液4000修復再生：2500t/a廢舊電池回收單位經分類后，運入本廠區(qū)拆解回收正負極材料：1500t/a鋰電池芯電池生產企業(yè)報廢不帶電，無電解液2000修復再生：1500t/a比亞迪、中航鋰電、北京國能、中牟國能等國內汽車鋰電池大型企業(yè)拆解回收正負極材料：500t/a1.1.2廢舊電池再利用方案①進廠電池的貯存進廠后的電池先進行分類分揀，一般按照規(guī)格型號、正負極材料、極耳作為分類的依據。然后進入貯存間貯存。根據《國家危險廢物名錄》（2016年），廢舊鋰電池不屬于危險廢物。故評價要求，廢舊鋰電池進廠貯存按照一般工業(yè)固體廢物進行管理。根據建設單位提供的資料，廢舊電池進廠后，在1#廠房內設置有專門的廢電池貯存間，分類妥善貯存，不露天堆放。1#廠房為重點防滲單元，可做到防滲、防淋、防流失，滿足《一般工業(yè)固體廢物貯存、處置場污染控制標準》（GB18599-2001）及其修改單的要求。②廢舊電池的利用采用專門的設備進行檢驗，主要考查其是否可修復再利用，對于修復可再生利用的電池，進入電池修復再生生產線，對于不可修復再生的電池進入拆解工序。進廠后分類貯存進廠后分類貯存檢驗可修復利用不可修復利用進入修復再生生產線進入拆解回收線修復再生后，梯次利用回收資源材料（正負極材料）北京國能、中牟國能等鋰電池生產企業(yè)淘汰的電池（2000t/a）市場上回收單位回收的廢舊動力鋰電池（4000t/a）汽運汽運年修復再生電池4000t/a廢塑料外售廢金屬外售負極粉500t/a正極粉700t/a廢塑料主要包括：塑料外殼、鋁塑膜、隔膜等。廢金屬主要包括：極片極耳（銅箔、鋁箔、鎳箔）、金屬外殼（鋁合金等）損失外售給電池生產企業(yè)150t/a500t/a150t/a圖2-2進廠廢舊電池再利用方案1.3項目產品方案及生產規(guī)模根據建設單位提供的資料，動力電池退役的大部分原因是由于電池重復充電、放電，電池包整體容量衰減，在對可利用的電池芯進行再生修復后，根據需要組裝成一定容量的電池，可作為車用動力電池（如公園景區(qū)內的短距離電動場地車、游覽車及其他電動車等），也可以作為太陽能、風能、光伏發(fā)電等清潔能源梯次利用儲能裝置。經檢驗，不具備修復再生條件的電池，進入電池拆解生產線，主要回收其中的正負極材料，作為拆解工程的主要產品。項目設負極材料生產線1條，采用外購的石墨精粉生產精品負極材料。本項目產品方案一覽表見表3-3。表3-3工程產品方案一覽表序號產品名稱規(guī)格產量(t/a）備注利用方案1再生電池48V10Ah48V20Ah56V60Ah64V80Ah64V100Ah4000進廠的廢舊電池經修復再生后，組裝外售。再生電池可作為車用動力電池、太陽能路燈儲能電池、電動車電池、通信基站電池等，根據情況實現(xiàn)梯次利用。2負極材料精品粒徑10~90μm3500外購石墨精粉加工外售給鋰電池制造企業(yè)（以北京國能和中牟國能為主）3再生粒徑10~90μm500廢舊電池資源拆解再生獲得主要成分：石墨4正極材料粒徑10~90μm500磷酸鐵鋰粒徑10~90μm200鎳鈷錳酸鋰三元材料5副產品塑料外殼/50塑料類（聚丙烯PP、聚乙烯PE等）外售給塑料回收再生企業(yè)分類回收利用6鋁塑膜/607隔膜/408金屬外殼/120金屬類（鋁合金、銅、鋁、鎳等）外售給廢舊金屬回收再生企業(yè)分類再生利用9銅箔/15010鋁箔/15011鎳箔/80拆解工序產生的廢物，均為一般廢物。1.4經濟技術參數本項目經濟技術參數見表3-4。表3-4本項目經濟技術參數一覽表序號名稱單位數值備注1總投資萬元32000/2占地面積m235096.6建設生產車間2座、辦公及附屬設施，總建筑面積19020m23職工人數人10050人在廠區(qū)食宿。4年工作日數天300兩班制（6:00-22:00）5年銷售收入萬元10200/6年利稅萬元4200/1.5項目組成及建設內容本項目主要建設內容包括生產車間、配套工程、公用工程及環(huán)保工程等。本項目主要建設內容及組成見表3-5。表3-5本項目組成及主要建設內容工程項目單項工程生產單元及主要設施主體工程1#車間電池拆解再生車間；1F全封閉鋼結構，高9m，建筑面積3744m2。主要功能區(qū)包括：原料暫存區(qū)、檢驗區(qū)、修復再生區(qū)、組裝區(qū)、機械拆解室、資源材料回收區(qū)。主要設備包括：檢驗設備、修復設備（焊機、沖殼、疊片機、注液機等）、組裝線、機械拆解機、攪拌機、壓濾機等。2#車間電池負極材料生產車間，1F全封閉鋼結構，高9m，建筑面積4680m2。主要功能區(qū)包括：原料暫存區(qū)、下料區(qū)、加工區(qū)、包裝區(qū)。主要設備：混料機、除磁機、螺旋輸送機、打包機等。公用及輔助工程辦公樓1座，4F，建筑面積2400m2。辦公、住宿、食堂。研發(fā)樓1座，5F，建筑面積7800m2。辦公。配套用房396m2，配電、維護、門衛(wèi)、車棚、導熱油爐房等。供電區(qū)域電網接入；供氣市政燃氣管道蒸汽市政蒸汽管道給水市政給水管網排水全廠實現(xiàn)雨污分流。雨水經雨水管道排入市政雨水管網。污水經處理達標后接工業(yè)大道污水干管，排入某市產業(yè)集聚區(qū)污水處理廠。環(huán)保工程污水處理生產廢水經絮凝沉淀預處理后，與生活污水同進入廠區(qū)污水處理站（水解酸化+接觸氧化，20m3/d）處理，達到《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）表4中三級標準后，經市政管網，排入某市產業(yè)集聚區(qū)污水處理廠有機廢氣凈化設施引風機引至催化燃燒裝置及蓄熱焚燒裝置處理，廢氣經處理后，經排氣筒排放粉塵經袋式除塵器處理，經排氣筒排放食堂油煙靜電油煙凈化器1套危險廢物設危廢暫存庫1座，由有危廢處置資質的單位處置1.6項目原輔材料及資能源消耗1.6.1原輔材料消耗本項目主要原輔材料及能源消耗見表3-6。表3-6主要原輔材料消耗情況一覽表序號原輔材料使用量廠區(qū)貯存量包裝形式備注1廢舊電池及電池芯6000t/a1000t/由合作單位負責運送至項目區(qū)。項目針對的廢舊電池為汽車鋰電池、電動車鋰電池及其他動力鋰電池。2精品負極材料石墨粉3290t/a1000t紙塑復合袋用于生產精品負極材料；規(guī)格：粒徑10~90μm；3石墨烯70t/a20t紙塑復合袋用于生產精品負極材料；規(guī)格：粒徑10~90μm；4硅鋁粉140t/a50t紙塑復合袋用于生產精品負極材料；規(guī)格：粒徑10~90μm；5電池拆解回收NMP600t/a200t罐裝正極材料溶劑；N-甲基吡咯烷酮（液體）；NMP循環(huán)使用。6環(huán)己醇500t/a200t罐裝負極材料溶劑；液體；環(huán)己醇循環(huán)使用7電池修理鋁帶300t/a100t/用于制作正極極耳8銅帶400t/a100t/用于制作負極極耳9鎳帶100t/a50t/用于制作負極極耳10電解液300t/a80t桶裝電池注液工序11鋁塑膜100t/a30t/電池內殼12塑料外殼150t/a30t/電池外殼，外協(xié)加工，成品購入13其他配件60t/a10t/導線等14新鮮水15480m3/a/市政供水管網15電144萬度/市政電網16蒸汽6000t/a/市政供熱管網17天然氣136.8萬m3/a/市政燃氣管道本項目只得回收利用磷酸鐵鋰電池和三元電池，不得回收其他類型電池。1.6.2主要原料理化性質及作用（1）NMPN-甲基吡咯烷酮（NMP）是一種選擇性強、穩(wěn)定性好的極性溶劑，具有毒性低、沸點高、溶解力強、可生物降解、可回收利用、使用安全和適用于多種配方用途等優(yōu)點，理化性質見表3-7。表3-7NMP理化性質一覽表標識中文名：N-甲基吡咯烷酮，又稱1-甲基-2吡咯烷酮或N-甲基-2-吡咯烷酮英文名：N-MethylpyrrolidoneCAS號：872-50-4/分子式：C5H9ON分子量：99.13理化性質外觀：無色~黃色透明油狀液體氣味：稍有胺的氣味PH值：7.7~8.0（10%溶液）溶解性：能與水、醇、醚、酮、鹵代氫、芳烴互溶熔點（℃）：-24比重（水=1）：1.026-1.033沸點（℃）：203蒸汽密度（空氣=1）：1.4飽和蒸汽壓（Kpa）：0.345mmHg（25℃）燃燒熱（kJ/mol）：無意義燃燒爆炸危險性燃燒性：遇明火、高溫可燃；燃燒分解產物：一氧化碳、氧氮化物閃點（℃）：96聚合危險：不聚合爆炸極限（體積分數%）：0.99-1.9%穩(wěn)定性：穩(wěn)定自燃溫度（℃）：270禁忌物：高溫、明火、強氧化劑腐蝕性對大多數金屬無明顯的腐蝕性。毒性毒性：屬低毒性。急性毒性：LD507725mg/kg（大鼠經口）；5000mg/kg（大鼠經皮）反應性在堿催化劑存在下與烯烴作用，在第3位發(fā)生烷基化反應。N-甲基吡咯烷酮為弱堿性，能生成鹽酸鹽。與重金屬鹽形成加合物，例如與溴化鎳加熱到150℃，生成NiBr2(C5H9ON)3，熔點105℃。對人體危害健康危險：本品對眼睛和皮膚有刺激作用，吸入引起惡心、頭疼、失去知覺，食入對腸胃有刺激，引起惡心、腹瀉。NMP在本項目中的作用：在電池生產過程中，正極材料涂布之前需先進行制漿，制漿過程：正極材料（磷酸鐵鋰、導電劑炭黑、聚偏氟乙烯（PVDF））經真空干燥箱進行干燥預處理，去除原料中微量水分。干燥后的原料用電子秤精確計量后經負壓進料機進入攪拌機，隨后加入N-甲基吡咯烷酮（NMP），在真空攪拌機內密閉攪拌均勻后制成漿狀的正極物質，然后通過真空管道送入中轉罐中儲存。正極漿料采用NMP作為溶劑，在后面的涂布烘干過程中NMP全部揮發(fā)，其余的磷酸鐵鋰、導電劑、PVDF全部留在集流體鋁箔上，成為電池的正極片。磷酸鐵鋰、炭黑等材料均不溶于NMP，故制漿過程中，NMP作為PVDF的溶劑。本項目正極材料均附著在正極板上，之間由PVDF粘結，為使正極材料與極板及正極材料之間相互分離，故將正極板置于攪拌機內，在NMP溶劑浸泡作用下，使PVDF溶于NMP中，正極材料在無粘結劑粘結的情況下，自動分離，從而實現(xiàn)正極材料的回收。（2）環(huán)己醇環(huán)己醇是一種用途廣泛的工業(yè)原料，具有醇類的一般性質，屬脂環(huán)醇，有近似樟腦和雜醇油的氣味，主要用于生產己二酸、己二胺、環(huán)己酮、己內酰胺，也可用作肥皂的穩(wěn)定劑，制造消毒藥皂和去垢乳劑，用作橡膠、樹脂、硝基纖維、金屬皂、油類、酯類、醚類的溶劑，涂料的摻合劑，皮革的脫脂劑、脫膜劑、干洗劑、擦亮劑等。表3-8環(huán)己醇理化性質一覽表標識中文名：環(huán)己醇，又稱安醇。英文名：CyclohexanolCAS號：108-93-0/分子式：C6H12O分子量：100.16理化性質外觀：無色油狀液體，低于凝固點時呈白色結晶氣味：有類似樟腦的氣味PH值：中性溶解性：能與乙醇、乙酸乙酯、二硫化碳、松節(jié)油、亞麻子油和芳香烴類混溶。20℃時水中溶解度為1.6g/100g熔點（℃）：25.1比重（水=1）：0.9455沸點（℃）：161.1蒸汽密度（空氣=1）：1.45蒸氣壓：0.98mmHg(25C)燃燒熱（kJ/mol）：3726.67燃燒爆炸危險性燃燒性：遇明火、高溫可燃；燃燒分解產物：一氧化碳、氧氮化物閃點（℃）：68穩(wěn)定性：穩(wěn)定爆炸極限（體積分數%）：1.52~11.1%禁忌物：高溫、明火、強氧化劑燃點（℃）：300/腐蝕性對大多數金屬無明顯的腐蝕性。反應性具仲醇的化學反應性。與金屬鈉作用生成醇鈉。氧化時生成環(huán)己酮，繼續(xù)氧化生成己二酸。毒性毒性：屬低毒性。急性毒性：大鼠經口LD50：2060mg/kg。吸入環(huán)己醇蒸氣時略有麻醉性。與苯不同之處是對血液無毒。對皮膚、黏膜的刺激比環(huán)己烷強，動物實驗發(fā)現(xiàn)能引起肝、腎、血管的病變。環(huán)己醇吸濕性很強，在貯存和使用中應注意。嗅覺閾濃度0.20mg/m3。TJ36-79規(guī)定車間空氣中最高容許濃度為50mg/m3。對人體危害健康危險：吸入環(huán)己醇蒸氣時略有麻醉性。與苯不同之處是對血液無毒。對皮膚、黏膜的刺激比環(huán)己烷強，動物實驗發(fā)現(xiàn)能引起肝、腎、血管的病變。環(huán)己醇在本項目中的作用在電池生產過程中，負極極片的制造是將石墨、導電劑、CMC（羧甲基纖維素鈉）、SBR（丁苯橡膠）、純水經電子秤精確計量后進入攪拌機，在真空攪拌機內密閉攪拌均勻，制成均勻的漿狀負極物質，然后通過真空管道送入中轉罐中儲存。負極漿料采用純水作為溶劑，在后面的涂布烘干過程中水全部揮發(fā)，其余的石墨等物質全部留在集流體銅箔上，成為電池的負極片。負極材料的粘結劑主要為CMC和SBR。本項目負極材料的回收使用環(huán)己醇，主要作為SBR的溶劑，將石墨與粘結劑分離，為后續(xù)的壓濾、烘干做準備。（3）電解液電解液以鋰鹽（六氟磷酸鋰）為溶質，碳酸酯類為溶劑，主要成份為碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）和碳酸乙烯酯（EC）。分子式：LiPF6，分子量：151.91性質：白色結晶或粉末，相對密度1.50。潮解性強；易溶于水、還溶于低濃度甲醇、乙醇、丙酮、碳酸酯類等有機溶劑。暴露空氣中或加熱時分解，放出PF5而產生白色煙霧。用途：六氟磷酸鋰主要用作鋰離子電池電解質材料，六氟磷酸鋰電解液主要用于鋰離子電池制造。（4）天然氣表3-9天然氣成分分析（%）項目N2CO2CH4C2H6C3H8C7nC4H10其他高位發(fā)熱量硫化氫數據0.9531.3295.0151.6220.3540.0970.1480.06237.59MJ/m3＜20Nmg/m31.7主要生產設備本項目主要生產設備見表3-10，檢測設備見表3-11。表3-10本項目主要生產設備設施一覽表序號生產車間及生產線設備名稱數量（臺/套）備注1電池拆解車間；廢舊電池修復生產線放電柜42疊片機43超聲波焊接機34點焊機35沖殼機46頂封機47側封機48注液機89靜置箱810化成分容柜5011抽氣封312剪裁機413自動拆邊機4/14組裝線4/15電池拆解車間；廢舊電池拆解生產線拆解設備5/16攪拌機4/17溶劑回收設備2套蒸餾釜10m32蒸餾冷凝182級冷凝塔219回收罐85m320真空系統(tǒng)221NMP儲罐72個300m3，5個60m322環(huán)己醇儲罐72個300m3，5個60m323壓濾機224球磨機425全封閉氣流烘干機2負極回收系統(tǒng)26烘干機6箱式烘干設備27清洗水槽83m3/個28導熱油爐2天然氣，4t/h，一備一用29負極材料生產車間：負極材料生產線混料機230除鐵機2/31篩分分級篩2/32包裝設備43-11本項目主要檢測設備一覽表序號名稱型號數量（臺/套）用途一廢舊電池檢測、分選、重組設備1條碼掃描槍60掃描條碼2托盤97轉移物料等3周轉車30轉移物料等4動力電池分選機Afz-026動力電池分選5電池模塊綜合測試系統(tǒng)AV-90010電池模組電性能檢測及模擬工況測試6電池測試儀48V、56V、64V40動力電池測試7電池組檢測柜HYN-BP-60V40A20電池模塊性能檢測8動力電池檢測儀HT-V5C50D50-3210動力電池電化學性能測試9電池檢測柜5V300A-1020動力電池電化學性能檢測10內阻電壓測試柜ATR-48S-48點10內阻電壓測試11內阻電壓測試柜HYA-0CV/3210內阻電壓測試12電腦HP/DELL40連接并操控測試設備二電池安全測試設備1電池燃燒試驗機BE-60462電池燃燒實驗2電池振動試驗機RT-550ZY2電池振動實驗3恒流恒壓源HYN-BP-100V-400A2電池過充、反充、過放實驗4進口鹽霧試驗箱YWX/Q-1502電池耐鹽霧實驗5高低溫檢測箱CEEC-WGD-1000C2動力電池及電池模塊高低溫檢測6高低溫沖擊試驗箱CEEC-CJ-1000B2動力電池及電池模塊電池溫度沖擊試驗7高低溫交變濕熱試驗箱CEEC-WSJ-1000C2動力電池及電池模塊交變濕熱試驗8電池過充過放防爆箱BE-0012電池過充過放檢測保護9臥式動力電池擠壓試驗機BE-AP-6045S2電池擠壓